チタンのコスト削減に向けた鍛造の推進

複雑なチタン部品をよりコスト効率よく製造するために、機械工場では既存の CNC 機能を補完する高度な鍛造装置を導入することが増えており、最小限の機械加工のみを必要とするニアネットシェイプ部品を作成しています。 場合によっては、鍛造プロセスが非常に精密であるため、追加の機械加工が必要ありません。

機械工場のレパートリーに鍛造を含めることには大きな利点があります。 最近の油圧鍛造プレスの制御と自動化の進歩により、精密チタン部品を非常に厳しい公差で比較的大量に鍛造できるようになりました。 鍛造により、チタンの投入コストを最大 50% 削減することもできます。

ただし、チタンを正確な仕様に合わせて鍛造するには、機械工場では生産パラメータを非常に厳密に制御した適切な設備が必要です。 幸いなことに、油圧プレスの設計、制御、自動化の進歩により、コンポーネントの品質、生産、価格の最適化が図られています。

大型で複雑なチタン部品をコスト効率よく製造するため、ペンシルベニアに本拠を置き、航空宇宙および医療部品を製造する機械工場である FPD 社は、より高いトン数でより優れた制御が可能な新しいカスタム プレスに投資しました。

「私たちは鍛造部品の範囲を拡大したいと考えていましたが、そのためにはチタン部品のためのより洗練された制御を備えた大型プレスが必要でした。 当社にはチタンとしては比較的小型の2,500トンのプレス機がすでにありました。 同時に、制御、品質、サイクルタイムを改善する必要がありました」とFPDのゼネラルマネージャー、ジェフ・スパイチャー氏は述べています。

生産目標を達成するために、FPD は機械式鍛造プレスおよび個別に設計された油圧プレスのメーカーである Erie Press Systems と提携しました。 1895 年に設立された Erie Press は、現在、北米最大の鍛造装置サプライヤーである Ajax-CECO-Erie Press の一部です。

システムの設計、エンジニアリング、構築は Erie Press が行いましたが、FPD は設計要件に関して重要な情報を提供しました。 その結果、完全に制御され、プログラム可能な速度と負荷プロファイルで全行程にわたって 3,000 トンを生産できるカスタマイズされた高速油圧プレスが完成しました。

「カスタムプレスと当社のエンジニアリングおよび工具のおかげで、航空宇宙産業や医療機器産業向けのチタン部品を作成する際に、非常に厳しい公差を一貫して保持することができます。 適切な設備を使用すると、鍛造品は非常に安定しており、機械加工を最小限またはまったく必要とせずにニアネットシェイプを製造できます。 部品に穴、ボア、その他の二次的な機能の追加加工が必要な場合は、それも行うことができます」と Speicher 氏は説明し、FPD が現場で広範な 5 軸 CNC 加工サービスを提供していると付け加えました。

シュパイヒャー氏によると、エリープレスの鍛造装置は、鍛造ストロークと加えられる力をより適切に制御できる独自のサーボ油圧システムを備えて設計されているという。 プレス制御はサーボ比例アキュムレータの排出バルブを調整して、負荷に関係なくプログラムされた速度を維持し、一貫した鍛造パフォーマンスを保証します。 この構成により、機械的に調整されたアキュムレータの吐出量構成では不可能な広い速度範囲にわたって部品を鍛造する柔軟性が得られます。

一部の部品の形状では、チタンの変形速度により、成形プロセス全体を通じて可変速度プロファイルが必要になる場合があります。 変形率を変更することで、FPD はダイの寿命を向上させると同時に、ストロークの後半でダイ キャビティのウェブとコーナーを埋めることでより詳細なディテールを作成できるようになります。 シュパイチャー氏は、サーボ油圧システムにより、これらのパラメーターを定義する際に非常に高い分解能が可能になると述べました。 さらに、プレス位置コントローラーは、履歴記録と参照のために、各部品の鍛造サイクルに対応する高速プロットまたはデジタル署名を (FPD のプラント サーバーに) 公開します。

FPD は、プレスを制御して、特定の力または事前定義されたトン数制限で部品を叩くようにすることもできます。 さらに、プレスは 0.25 mm [0.01 インチ] 未満の位置精度内でプログラムされた位置までストロークできます。